减速器3D模型、装配动画及运动仿真开发

毕业设计说明书（论文）中文摘要《减速器拆装实验》是机械基础课程的一个传统的综合性实验项目，在一些高等院校都开有这一门学科。我就是在这种情形下学习的有关减速器的内容。在学习的过程中发现在减速器拆装与测量实验的教学中存在一些问题。而解决这些问题则正是本次设计所要研究的目的。我的设计是对两套减速器进行拆装测量，同时应用Pro/E软件的高级三维建模技术，装配动画和运动仿真等功能在计算机上对两级的直齿与锥齿减速器的零件进行建模，装配与仿真，并应用Pro/E的三维模型导出二维的工程图图纸的功能以及AutoCAD2007二维的绘图功能对两套减速器模型进行二维装配图纸的绘制的相关过程。关键词Pro/E减速器装配动画仿真毕业设计说明书（论文）外文摘要Title:DevelopmentofReducer’s3DModelAssemblyAnimationandMotionSimulationAbstractTheexperimentofreducer’sdisassembleandassembleisatraditionalcomprehensivepilotprojectinthebasiccourseofmechanical,itisacourseretainedinmanyinstitutionsofhigherlearning.However,Theexperimentofreducer’sdisassembleandassemble,therearemanyissuesinteaching.Thesolutionoftheseproblemsaredesignedtobepreciselythispurposeofthestudy.Mydesignfordisassemblyisameasurementofthetwosetsofgear,whileapplicationofPro/Esoftwareforadvancedthree-dimensionalmodeling,animationandmotionsimulationofassemblyandotherfunctionsonthecomputertwostraightbevelgearteethandthepartModeling,assemblyandsimulation,andapplicationofPro/Ethree-dimensionalmodelderivedtwo-dimensionaldrawingcapabilities,andAutoCAD2007drawingtwo-dimensionalgraphicsmodelofthetwosetsofgearassemblydrawingtwo-dimensionaldrawingoftherelevantprocesses.KeywordsPro/Ereducerassemblyanimationsimulation本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页目录1绪论................................................................11.1研究的背景........................................................11.2《减速器拆装实验》的现状分析......................................11.3实验需要改革、创新................................................21.4实验的创新方法分析................................................22减速器的相关数据....................................................53减速器的3D模型的开发...............................................73.1减速器的概述......................................................73.2系统环境的介绍....................................................73.3计算机软件的介绍..................................................73.4典型零件的创建....................................................93.5虚拟装配.........................................................193.6绘制二维图纸.....................................................203.7模型爆炸图.......................................................213.8仿真制作.........................................................22结束语..............................................................23致谢.................................................................24参考文献...........................................................25本科毕业设计说明书（论文）第1页共36页1绪论1.1研究的背景《机械设计基础》课程是有关机械专业的一门技术基础课，是学习其他有关机械知识的奠基石。而减速器拆装实验是实践课程的一个重要环节，它对实现课程教学的目标有着至关重要的作用。这个实验能够让初学机械的学生更好的掌握机械结构、了解结构设计的原则，同时也对有关《机械设计基础》的课程设计与毕业设计有很大的帮助，对增强学生的实践能力，培养学生理论联系实际的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力都起到了一定的促进作用。[1]目前，一些高等院校有关减速器的教学内容主要包含在《机械设计课程设计》和《减速器拆装实验》中，尽管《机械设计》课程正在减少一些课时数，但有关减速器的知识依然是不可或缺的教学内容；经调查研究，各大专院校基本上都保留了《减速器拆装实验》这一传统的实验项目，然而，在实际教学之中，由于《减速器拆装实验》是一个传统实验项目因而缺乏创新内容，在促使学生全面掌握减速器相关知识方面，存在明显不足，达不到应有的教学效果。本文针对这种教学现状，运用Pro/E的3D几何造型和运动仿真及动画功能，在计算机中实现减速器仿真拆装的创新实验项目，以便提高教学质量。[4]1.2《减速器拆装实验》的现状分析1.2.1《减速器拆装实验》的教学目的及教学内容有许多的通用元件包含于减速器中，如轴、轴承、齿轮轴、齿轮、挡油环、密封元件、端盖等。使学生能够熟悉掌握减速器的基本结构是减速器拆装实验的基本要求和目的，了解常用减速器的用途及特点；了解减速器各零件的名称、结构、功用；了解减速器的装配关系及安装调整过程；学会减速器基本参数的测定方法；能够促进学生提高动手能力，培养理论联系实际的能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，是发掘学生创新思维的重要手段。[2]培养并提高学生的综合能力是减速器拆装实验的重要目的所在，通过实验能有效帮助学生复习和理解所学知识，并将知识系统化。由于学生缺乏实践知识，所以处理结构问题能力较差，考虑问题往往不全面，在以后的设计中往往出现定位不可靠，难装难拆、难以加工等问题。通过减速器拆装实验对轴系结构的分析，使学生熟悉和掌握结构设计的方法，学会综合运用所学知识来分析和解决在设计过程中遇到的技术问本科毕业设计说明书（论文）第2页共36页题。[6]基本目的要求如下：（1）通过拆装实验，了解两级齿轮减速器轴和齿轮的结构；（2）了解减速器轴上零件的定位、齿轮和轴承的润滑、密封以及各附属零件的作用；（3）熟悉减速器的拆装和调整的方法；（4）培养对减速器主要零件尺寸目测和测量能力。1.2.2《减速器拆装实验》教学中存在的问题在以往的教学方法中老师为学生讲解一些有关减速器的知识，学生只能通过图纸了解减速器的大体结构（齿轮与轴装配的键和键槽无法窥其全貌）。而在进行拆装实验时学生仅能凭记忆对减速器进行拆装，这其中必然也存在着一些不尽人意之处，如轴承等零件实际上是拆不下来或是不允许拆解的。测量的中心距等参数也知识粗值。这样学生会觉得整个实验过程很是枯燥，在这样的氛围中学生是不可能掌握所学的知识。还有其他的一些情况就是很多学生并不能真正的理解减速器的结构组成，从而造成他们中的一些存在只会“拆”而不会“装”的情况，导致减速器模型无法装回，甚至出现了一些学生将一些装不回去的零件乱装甚至是丢弃等情况，这样不仅达不到的实验目的，也会导致在下一组的学生无法很好地完成实验，而且也会给实验设备造成很大的损失。还有一部分同学只是“按图索骥”，对减速器中的各个零件的具体结构和作用并不知晓，通过传统的实验教学方法，很多同学都无法真正的掌握减速器的结构和零件的用途，这样自然也就达不到教学效果。综上所述，这样的拆装实验根本就不能达到让学生学习并将知识系统化的教学目的。[5]1.3实验需要改革、创新由上述的问题可以得出一个结论，实验必须得改革。必须得创新。只有这样学生才能对轴、齿轮、轴承之间的装配和定位有很深的理解。1.4实验的创新方法分析开发减速器的3D模型并与多媒体教学方式想结合。本科毕业设计说明书（论文）第3页共36页关于多媒体教学方式的分析：随着计算机的普及，多媒体教学已经在各地高校得以应用，计算机辅助教学已经成为现代教育的重要组成部分。然而很多高校并没有在实验中利用多媒体对减速器进行虚拟装配。本次设计采用的创新方法就是利用Pro/E软件对减速器的零件建立三维模型，在整个实验过程中可直接调用虚拟模型，教师可直接使用Pro/E软件或结合一些相关视频进行教学。利用计算机辅助教学能培养学生的思维能力和发掘学生的空间想象能力，有利于调动学生学习的积极性和主动性。利用软件在课堂上进行动态教学能够按需造型以及适时的修改模型。而Pro/E软件则为这种教学方式提供了便利。[9]Pro/E软件创建的三维模型精度高、质感好、形象逼真，利用Pro/E的局部放大、平移和翻转等功能，能够在屏幕上观察零件复杂形体的外型与内腔、各个侧面和局部细节特征。可以直观地显现整个零件的结构，装配体中零件之间的连接关系，使学生学习知识的过程更加清晰、生动。虚拟装拆、动画部分则使得减速器的形象生动真实，这样便能调动学生学习的积极性。动手操作和虚拟拆装有机结合。实验中通过让学生动手来回推动输入轴和输出轴，亲身感受轴向窜动及传动过程；通过测量各齿轮齿数、中心距，计算传动比和齿轮模数；分析滚动轴承型号等，通过观察，动手感知更有利于提高学生的分析问题的能力。实验前在Pro/E软件上构件齿轮减速器的真实结构的三维实体模型，教学中教师可以利用软件中“分解”一功能为学生讲解减速器拆卸的顺序。这样可以从各个角度展现齿轮减速器的外部结构，然后选取多个合适的角度分别展示相应零部件的拆卸过程。在学生进行减速器拆装实验时，老师交给学生拆装技巧，学生必须按照老师所说的规范进行实验，并将拆卸下的零部件规范的摆放在工具箱内，这样便于安装减速器。对减速器轴上各个零件进行装配时，利用Pro/E软件介绍装配基准，演示如何进行传动件的固定；轴的支承、固定；轴承类型，轴承如何装配，间隙如何调整等。这样一来学生对减速器的整个装配过程、轴系零部件之间的固定、机械装置的类型和密封装置及其他减速器附件结构等都会有一个比较直观的了解。为了便于学生进行减速器的安装，了解各零件位置关系